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[국내논문] 배전선로의 분산 전원 상시 연계용량 기준 상향 타당성 연구
Increasing Hosting Capacity in KEPCO Distribution Feeders 원문보기

KEPCO Journal on electric power and energy, v.5 no.4, 2019년, pp.311 - 321  

조성수 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  심준보 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  임현옥 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  김현진 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  김성만 (Korea Electric Power Corporation) ,  주상도 (Korea Electric Power Corporation) ,  송종협 (Korea Electric Power Corporation)

초록
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정부의 재생e 3020 이행계획 및 제 8차 전력수급 기본계획과 함께 국내 분산 전원 연계 사업이 활발하게 진행되고 있다. 특히 2016년 10월 시행된 1 MW이하의 분산 전원 접속 보장 제도의 시행 이후, 배전 계통의 분산 전원 연계 신청이 급증함에 따라 송배전 설비부족으로 분산 전원 접속 지연이 일어나는 문제와, 이로 인해 국내 분산 전원의 70 %가 연계되어 있는 배전 계통의 신증설 투자비가 증가하는 문제가 이슈로 부각되고 있다. 현재 배전 계통의 분산 전원 수용력(hosting capacity) 확보 방법은 물리적인 배전 설비 추가 확충 이외에는 대안이 없는 것이 현실인데, 이러한 방식은 아래와 같은 어려움이 따른다. 첫째, 분산 전원의 대다수를 차지하는 태양광은 일조량이 풍부하고 지가가 저렴한 야외, 산악지역에 보급되므로 배전선로 경과지 확보가 점점 어려워지고 있다. 이로 인해 지중 구간이 증가하여 공사비가 증가하며, 태양광 야외 지역 위치로 공사 거리, 기간이 증가하게 된다. 둘째, 지자체의 공사 인허가 비협조 사례가 증가하여 이로 인해 공사가 지연되어 민원이 야기된다. 셋째, 배전선로 공사 자체에 1년 이상의 공사기간이 소요되므로 분산 전원을 적기에 접속시킬 수가 없으며, 넷째, 접속 신청은 지속 증가하므로 이에 따라 배전 설비 확충 비용 또한 지속 증가 할 수 밖에 없다. 이렇게 물리적 설비확충으로 발생하는 문제에 대응하여 접속 대기를 최소화하면서도 공사(투자비)를 최소화 할 수 있는 방안은 설비이용률을 극대화하는 것이며, 본 연구는 이러한 고민에서 시작되었다. 그러므로 본 논문에서는 현재 배전 계통의 분산 전원 연계 현황, 태양광 최대 출력 실적, 최소 부하, 선로 특성의 분석을 통해 배전선로의 분산 전원 상시연계용량 기준을 상향하기 위한 타당성을 검토하였으며, 배전선로의 분산 전원 상시연계용량 기준을 위한 상향(안)을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

With Korean Government's Renewable energy 3020 plan and 8th Basic plan for long-term power supply, renewable energy industries in Korea are active and catching attention from many relevant industry's relations. Especially with Interconnection guarantee policy established in Oct, 2016, DERs interconn...

주제어

표/그림 (17)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 현재 배전선로에 연계된 분산 전원의 연계 현황을 분석하면 분산 전원의 연계로 인해 발생 가능한 문제를 분석할 수 있게 된다. 그러므로 국내 배전선로 중 분산 전원 용량 이 7 MW 이상 연계된 배전선로를 대상으로 분산 전원의 연계 위치에 대해 분석해 보았다. 그 결과, 분석 대상이 된 총 81개의 배전선로에서 인입단에 분산 전원이 집중 연계된 배전선로는 11개(13.
  • 본 논문에서는 배전선로에 상시 존재하는 최소 부하의 크기를 분석하기 위하여 ‘배전선로 총 부하(Gross Load) 산출 프로그램’을 개발하였으며, 이 프로그램을 이용하여 배전 선로의 최소 부하를 분석하였다.
  • 본 논문에서는 배전선로에 연계될 수 있는 분산 전원 연계 용량 기준을 상향하기 위하여 배전선로의 열적 허용 용량 특성, 태양광 발전기의 최대 출력 특성, 배전선로의 최소 부하 등을 분석하였으며, 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
  • 본 논문에서는 현재 배전 계통의 선로 특성, 분산 전원 연계 현황, 태양광 최대 출력 실적, 최소 부하의 분석을 통해 배전선로의 분산 전원 상시연계용량 기준을 상향하기 위한 타당성을 검토하였으며, 배전선로의 운영 안정성을 위협하지 않는 범위에서 적정 상향 가능 용량을 제시하였다. 또 한, 분산 전원 연계 용량 상향에 따른 고장 시 배전 계통 운영에 대한 문제점을 분석하고, 해결방안을 제안하였다.
  • 앞에서 배전선로의 분산 전원 연계 용량 기준의 상향 가능성을 검토하였다. 배전선로의 분산 전원 연계 용량을 상향할 경우, 분산 전원의 연계 용량 상향에 따른 발생 가능 문제점을 분석해서 필요한 대책을 수립할 필요가 있다.

가설 설정

  • 이 방식을 적용할 경우 기존 건전 선로에 존재하는 분산 전원의 총 용량이 상향된 배전선로 분산 전원 연계 용량 기준인 12MW 라고 가정할 때, 비상구간에서 건전 선로로 절체되어 넘어갈 수 있는 분산 전원의 최대 설비 용량은 5 MW라고 생각할 수 있다. 즉, 3분할 3연계 배전 계통 운영 방식에서 한 구간에 존재하는 분산 전원의 설비 용량이 5 MW 이하로 제한되어 분할 구간에 대한 SOP가 작성된다면 비상시 분산 전원의 출력에 의해서 선로의 열적 허용 용량을 초과하는 경우는 극히 드물다고 판단된다.
  • 이 산출 방식을 정의하기 위해 기본이 되는 전제는 첫째로 단위 지역에 속한 분산 전원의 발전량은 유사한 일사량을 갖기 때문에 유사한 출력 특성을 갖는다는 조건이며, 둘째로 배전선로 전체의 출력 오차를 검토하면 표준 출력 곡선 대비 측정 불가능한 실제 태양광 발전기의 출력 오차는 +방향과 –방향으로 모두 존재할 것이므로 선로 전체에 대한 오차로 볼 때 그 크기가 최소화될 것이라는 가정이다.
  • (6)과 같이 건전 구간의 일부에서 14 MW의 선로 열적 허용 용량을 초과하는 경우가 발생할 수 있으므로 유의해서 SOP를 작성해야 한다. 이때 각 배전선로에 상시 존재하는 부하의 크기는 최고 1 MW로 부하 관리가 3분할 되어서 관리된다고 가정하고 WPR도 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배전 계통의 신증설 투자비가 증가하는 문제가 이슈로 부각되는 이유는? 정부의 재생e 3020 이행계획 및 제 8차 전력수급 기본계획과 함께 국내 분산 전원 연계 사업이 활발하게 진행되고 있다. 특히 2016년 10월 시행된 1 MW이하의 분산 전원 접속 보장 제도의 시행 이후, 배전 계통의 분산 전원 연계 신청이 급증함에 따라 송배전 설비부족으로 분산 전원 접속 지연이 일어나는 문제와, 이로 인해 국내 분산 전원의 70 %가 연계되어 있는 배전 계통의 신증설 투자비가 증가하는 문제가 이슈로 부각되고 있다. 현재 배전 계통의 분산 전원 수용력(hosting capacity) 확보 방법은 물리적인 배전 설비 추가 확충 이외에는 대안이 없는 것이 현실인데, 이러한 방식은 아래와 같은 어려움이 따른다.
물리적 설비확충으로 발생하는 문제는? 현재 배전 계통의 분산 전원 수용력(hosting capacity) 확보 방법은 물리적인 배전 설비 추가 확충 이외에는 대안이 없는 것이 현실인데, 이러한 방식은 아래와 같은 어려움이 따른다. 첫째, 분산 전원의 대다수를 차지하는 태양광은 일조량이 풍부하고 지가가 저렴한 야외, 산악지역에 보급되므로 배전선로 경과지 확보가 점점 어려워지고 있다. 이로 인해 지중 구간이 증가하여 공사비가 증가하며, 태양광 야외 지역 위치로 공사 거리, 기간이 증가하게 된다. 둘째, 지자체의 공사 인허가 비협조 사례가 증가하여 이로 인해 공사가 지연되어 민원이 야기된다. 셋째, 배전선로 공사 자체에 1년 이상의 공사기간이 소요되므로 분산 전원을 적기에 접속시킬 수가 없으며, 넷째, 접속 신청은 지속 증가하므로 이에 따라 배전 설비 확충 비용 또한 지속 증가 할 수 밖에 없다. 이렇게 물리적 설비확충으로 발생하는 문제에 대응하여 접속 대기를 최소화하면서도 공사(투자비)를 최소화 할 수 있는 방안은 설비이용률을 극대화하는 것이며, 본 연구는 이러한 고민에서 시작되었다.
태양광의 경과지 확보가 어려워지는 이유는? 현재 배전 계통의 분산 전원 수용력(hosting capacity) 확보 방법은 물리적인 배전 설비 추가 확충 이외에는 대안이 없는 것이 현실인데, 이러한 방식은 아래와 같은 어려움이 따른다. 첫째, 분산 전원의 대다수를 차지하는 태양광은 일조량이 풍부하고 지가가 저렴한 야외, 산악지역에 보급되므로 배전선로 경과지 확보가 점점 어려워지고 있다. 이로 인해 지중 구간이 증가하여 공사비가 증가하며, 태양광 야외 지역 위치로 공사 거리, 기간이 증가하게 된다.
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참고문헌 (7)

  1. Youngbeom Jung, Byung-sung Lee, "Development of assessment algorithm for operating capacity on Distribution line using System Information," Fall Conference for Society Electrical Facility of KIEE, pp. 47, Oct. 2013. 

  2. Nam-Hun Kim, Kern-Joong Kim, Jae-Cheol Kim, "Optimal number of dividing and connecting per feeder in Korean distribution system," Journal A of KIEE, pp. 349-361, Jul. 2002. 

  3. Byung-sung Lee, "케이블 송전용량 탄력적 적용을 통한 배전선로 상시운전기준 최적화", KEPRI Research Project RFP, 2019. 

  4. Tom Short, Aminul Huque, "Voltage Regulation Support from Smart Inverters," Technical Report, #3002012033, Integration of Distributed Energy Resources(P174), Dec. 2017. 

  5. Matt Rylander, Aminul Huque, "Recommended Smart Inverter Settings for Grid Support and Test Plan," Technical Report #3002012594, Integration of Distributed Energy Resources(P174), Apr. 2018. 

  6. Hyun-Ok Lee, "A Study on Optimal placement and Voltage Control method of SVR in Smart Grid," PhD dissertation, Electrical Engineering Department, Soong-Sil University, Korea, Jun. 2014. 

  7. Yoshinori Okukita, Seiji Yonezawa, Satoshi Takayama, Atsushi Ishigame, Takaharu Ito, Takayoshi Yamamoto, Takeshi Koike, "Study on a Voltage Control Method of a TVR considering Parameter Changes," IFAC, Conference, PapersOnline 49-27, pp. 146-151, 2016. 

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